汽輪機(jī)凝汽器組合安裝技術(shù)分析

摘 要：凝汽器是發(fā)電廠重要設(shè)備之一，凝汽器的安裝速度和安裝質(zhì)量直接影響工程施工進(jìn)度、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的順利實(shí)現(xiàn)和機(jī)組運(yùn)行水平。文章以沙鋼集團(tuán)改建1×135 MW高爐煤氣發(fā)電項(xiàng)目的凝汽器為例，分析凝汽器廠內(nèi)組合安裝方案的可行性，介紹方案實(shí)施程序及質(zhì)量控制的關(guān)鍵問題，強(qiáng)調(diào)汽輪機(jī)凝汽器組合安裝技術(shù)在工期及成本控制方面相對于傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢，希望在實(shí)踐中得到推廣。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);凝汽器;組合;安裝技術(shù)

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.006

1 案例概況

沙鋼集團(tuán)改建1×135 MW高爐煤氣發(fā)電項(xiàng)目超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸布置汽輪機(jī)的凝汽器是上海汽輪機(jī)廠制造，其型號為N-7000-4型、對分雙流程表面式。組合好后殼體尺寸為長11 072 mm×寬6 060 mm×高8 547 mm，無水凝汽器凈重量為180 t（包括低加、減溫減壓器），運(yùn)行時的載荷310 t，灌水試驗(yàn)時總重約540 t。

凝汽器主要技術(shù)數(shù)據(jù)包括：冷卻面積：7 000 m2;汽側(cè)設(shè)計(jì)壓力：5.7 kPa（a）;水側(cè)設(shè)計(jì)壓力：0.35 MPa（g）;水側(cè)試驗(yàn)壓力：0.45 MPa;冷卻水管型號為：φ25×0.7不銹鋼管1 340根，φ25×0.5不銹鋼管9 470根。

該凝汽器尺寸較大，制造廠加工成散件與部件組合體，供貨到現(xiàn)場后再組合安裝，按結(jié)構(gòu)分為殼體、喉部、排汽接管、冷卻管及附件五部分，組合凝汽器是在循環(huán)水坑內(nèi)的凝汽器基礎(chǔ)前方及凝汽器基礎(chǔ)上搭設(shè)平臺，組合好后利用行車吊裝就位。

2 主要的作業(yè)方法及作業(yè)步驟

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程為組合平臺搭設(shè)—底側(cè)板組合—?dú)んw組合—喉部組合—冷卻水管組合—凝汽器水室及附件安裝—喉部與汽輪機(jī)低壓缸連接—凝汽器灌水試驗(yàn)。

2.2 組合平臺搭設(shè)、底側(cè)板組合

2.2.1 組合平臺

組合平臺用工字鋼I22框架連接，下部立柱共12根，立柱下部用14號橫桿加固，使立柱成為一個整體，平臺表面鋪設(shè)鋼板（即凝汽器底板）。工件組合平臺所需材料如表1所示。

組合時，立柱應(yīng)垂直，鋼板平面、框架不平整度全長控制在3 mm～5 mm。將殼體底板組合好放在組合框架上，作為組合平臺，在底板焊接過程中，底板易產(chǎn)生變形，焊接形式為Y形，采用分段跳躍退焊法，并隨時注意用氣焊加熱，校正鋼板以消除應(yīng)力，在底板校平放正后，在底板上將殼體的兩側(cè)板組合好并校平。吊放在兩側(cè)面，并做好固定措施[1]。

2.2.2 殼體組合

底板與側(cè)板組合好后，先在底板上畫出開孔位置，支撐桿位置并標(biāo)記。

在后端管板安裝前應(yīng)注意將后水室吊裝至設(shè)備安裝位置，避免無法吊裝，將后端板與彈性固定板組合焊接好，然后在后端管板及頂部焊接好吊耳，調(diào)節(jié)后端管板的垂直度和位置。管板與底板的垂直度偏差不大于1 mm。端面彎曲度小于5 mm。

凝汽器前后端管板各分為左右兩塊，中間隔板分為左右兩列，因此，端管板及中間管板裝配時，必須正確區(qū)分組號、序號和標(biāo)記打印的方向，絕對不允許隨意調(diào)換或翻轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)管孔錯位，影響穿管。

凝汽器前后管端板為凝汽器中間管板裝配的基準(zhǔn)，同時也是冷卻水管的穿、脹母管，其焊縫的嚴(yán)密性將直接影響凝汽器使用和真空度，進(jìn)而影響機(jī)組的運(yùn)行安全、可靠性，所以在焊接過程中焊縫的質(zhì)量和焊接變形必須控制[2]。

焊接變形的影響因素很多，主要控制手段包括：一是控制線能量，通過控制焊接熱量控制焊接變形，例如采用較小的焊條直徑、較小的焊接電流和焊接速度等均屬此列;二是加強(qiáng)系統(tǒng)剛性，制約焊接變形，例如施焊部位加設(shè)拉筋等方法都能控制焊接變形;三是預(yù)先反變形，由于不適于管板拼裝這樣的雙面坡口形式的焊接。采用合理的焊接順序、方法及焊接過程，及時消除熱應(yīng)力也是行之有效的控制焊接變形手段。

將支撐管在底板上點(diǎn)焊好，將其縱橫中心標(biāo)高調(diào)整好，再焊好，將中間管板依次用汽車吊吊在安裝位置上，并用拉桿連接好。包殼可分段裝、焊、校直后穿入隔板，可整段裝、焊、校直后穿入。裝包殼要用定距工裝，保證包殼到隔板管孔的尺寸，最好使間距為負(fù)公差，并在包殼內(nèi)試穿管。前端管板組合好以后，將側(cè)板與端管板焊接，要求側(cè)板彎曲度不大于20 mm。用拉桿及不銹鋼絲，以前、后端管板為母板，將中間管板調(diào)整好，應(yīng)保證管板間的總間距在要求的尺寸內(nèi)且保持0～20 mm的負(fù)公差。在保證每組管孔同心度偏差<2 mm的前提下，每塊管板與底板面間的垂直誤差為1 mm，左右兩組的最低排管孔必須位于同一水平面上，誤差<2 mm。隔板支撐管、加強(qiáng)板、殼體內(nèi)部抽氣管、取樣管、擋汽板、筋板等全部點(diǎn)焊完成后，再集中焊接，焊接完畢，則將內(nèi)部全部清理完，四邊的焊縫必須做浸油試驗(yàn)，內(nèi)部不得有油漆，避免影響凝結(jié)水的水質(zhì)[3]。

2.2.3 喉部組合

在殼體上組合喉部，外殼由端板及側(cè)板兩部分組成，端板及側(cè)板均為散件供貨，現(xiàn)場組合，先是半端板組合成端板，半側(cè)板組合成側(cè)板，同時將線劃好，將肋板點(diǎn)焊好。然后端板與側(cè)板連接成外殼體，組合前各件應(yīng)校平校直，使平面公差度控制在5 mm范圍內(nèi)，且應(yīng)邊組合邊測量各邊尺寸，誤差控制在5 mm內(nèi)，外殼體組合前按喉部內(nèi)空尺寸先在平臺上放樣劃線后，再將側(cè)板與端板按放線尺寸，先點(diǎn)焊在一起，組合調(diào)整到設(shè)計(jì)尺寸后，加支撐型鋼，內(nèi)部支撐桿形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后進(jìn)行焊接，焊接過程中應(yīng)隨時檢查各尺寸變化，防止變形。

喉部組合內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括支撐板、支撐管、筋板、連接板、彈性封板、工字鋼、小機(jī)排汽接管、抽汽管、低加襯套、人孔裝置、水幕保護(hù)噴水管等。先進(jìn)行下部工字鋼、筋板及連接板、彈性封板的組合（低加及減溫減壓器的彈性封板應(yīng)在低加穿入后再組合），分別焊在側(cè)板、端板無坡口的一面，在殼體焊接前先點(diǎn)焊牢固，檢查核實(shí)并調(diào)整各件組合數(shù)據(jù)準(zhǔn)確以后再焊接。工字鋼應(yīng)整圈連接成一個整體，頂部連接板的平面必須平整，平整度公差為5 mm，可在喉部殼體組合后進(jìn)行。297BAD79-41DB-48B2-BC4C-8BE0C80FF675

支撐桿分為噴水管支撐桿、抽汽管托架支撐桿、殼體支撐桿，分別依次交叉地焊在殼體內(nèi)壁的肋板上，組合焊接時按廠家圖紙要求。組合時，每組各件中心及高度都應(yīng)保持一致，組與組的中心及高度偏差都應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)。

噴水管、抽汽管及其他管道安裝過程中，安裝抽汽管可根據(jù)支撐桿的安裝情況和管道的實(shí)際情況，盡量在組合后安裝，必須先放在安裝位置并臨時固定，連接低缸的相應(yīng)管道時，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整和修割。此管道安裝應(yīng)在喉部與汽缸連接，扣大蓋之前安裝完畢[4]。組合時注意各件的連接順序及波形補(bǔ)償管的方向，在對口整齊后，焊接前應(yīng)松開波形補(bǔ)償管的緊固螺栓，組合好以后各件焊縫應(yīng)做浸煤油試驗(yàn)檢查，各部件在喉部上的焊接應(yīng)在喉部與下缸連接后進(jìn)行。抽汽管的保溫為鋼板隔熱，在安裝過程中，由于制造廠或安裝過程中的誤差，都要根據(jù)實(shí)際情況割補(bǔ)。喉部在各內(nèi)外相通的焊縫及各抽汽管道及焊縫，均為氬弧焊打底，以保證管內(nèi)清潔，且都要煤油浸透試驗(yàn)，以保證密封，要求焊縫平整美觀。

在喉部組合完畢后，先將波形補(bǔ)償器兩半組合成一個整體，波形補(bǔ)償器接口錯位量要控制在1 mm以內(nèi)。要按圖對膨脹節(jié)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)或水壓試驗(yàn)，保證其密封性。根據(jù)喉部的高度，去掉排汽波形補(bǔ)償器的調(diào)整部分，并將保護(hù)波的圓形罩的下半部根據(jù)圖紙的要求去掉，再與喉部正式組合焊接。此焊縫為密封焊，要在焊接完畢后作浸油試驗(yàn)或著色探傷。也可將組合好的波形補(bǔ)償器直接與喉部點(diǎn)焊牢，待以后凝汽器與汽缸連接前進(jìn)行修割并正式連接。

2.2.4 冷卻水管組合

凝汽器冷卻管共10 840根，其中，空冷區(qū)及主凝區(qū)兩邊有φ25×0.7不銹鋼管1 346根，其他的有φ25×0.5不銹鋼管9 494根。因需要兩頭脹管，則共有脹口21 680個。脹管工作完成后，再對不銹鋼管脹口與管板進(jìn)行密封焊接[5]。

不銹鋼管組裝前的準(zhǔn)備工作包括：

第一，檢查凝汽器內(nèi)部斜撐、加強(qiáng)件、連結(jié)件等安裝工作應(yīng)全部結(jié)束;焊渣、藥皮、焊瘤打磨干凈，焊縫全面檢查結(jié)束;管板孔逐孔檢查清理完畢，應(yīng)無毛刺;管板孔徑內(nèi)壁應(yīng)光潔，無縱向痕跡，經(jīng)由質(zhì)檢部門及監(jiān)理、業(yè)主認(rèn)可。上、下層殼體內(nèi)部之間搭設(shè)木板隔離層，木板接縫處用鐵皮或白鐵板密封，并鋪設(shè)石棉布，以免上殼體內(nèi)部工作完善焊接時火花破壞不銹鋼管。

第二，抽取不銹鋼管總數(shù)0.5～1/1000進(jìn)行工藝性能試驗(yàn)——壓扁試驗(yàn)和擴(kuò)散試驗(yàn)，并經(jīng)檢查合格。其要求為：鋼管長20 mm，壓成橢圓，橢圓度為原鋼管直徑的1/2，度樣無裂紋或損傷跡象;鋼管長50 mm，打入45°光錐體，管內(nèi)徑比原內(nèi)徑大30%，試樣無裂紋。如上述試驗(yàn)不合格，可在不銹鋼管的脹口部位進(jìn)行400 ℃～450 ℃的退火處理。如果廠家已提供相應(yīng)的報(bào)告，則在現(xiàn)場可不再做試驗(yàn)。

第三，將不銹鋼管全部運(yùn)至現(xiàn)場，做好明顯標(biāo)記并分別堆放，避免穿管時混淆。布置堆放、穿管場地，搭設(shè)穿管平臺9 500 mm×9 500 mm并鋪好腳手板。凝汽器內(nèi)部設(shè)置6盞12 V行燈供凝汽器內(nèi)部人員穿管照明，凝汽器四周的晚間照明應(yīng)足夠。

第四，脹管試脹值應(yīng)符合的要求：在每塊管板四角和中間部位各選數(shù)孔，用量具分別測出其內(nèi)徑值，取平均值作計(jì)算值。制作孔徑與計(jì)算值相同的試驗(yàn)脹板一塊。脹口應(yīng)無欠脹或過脹現(xiàn)象，脹口處管壁脹薄約4%～6%，脹管后管子內(nèi)徑的合適數(shù)值Da=D1-2t（1-a）mm。式中：D1，管板孔直徑（mm）;t，鋼管壁厚（mm）;a，擴(kuò)脹系數(shù)，4%～6%;脹口處應(yīng)平滑光潔，無裂紋和顯著痕跡;脹口的脹接深度一般為管板厚度的75%～90%，但擴(kuò)脹部分應(yīng)在管板壁內(nèi)2 mm～3 mm，不允許擴(kuò)脹部分超過管板內(nèi)壁。

在管板孔和不銹鋼管的清洗方面，先用壓縮空氣吹掃管板孔和管子兩端，再用丙酮將其清洗干凈即可。

考慮到砂過的不銹鋼管頭和管板孔時間過長會有污垢及銹蝕，因此穿管、脹管工作要盡量同時進(jìn)行。使用有色粉筆在φ25×0.7不銹鋼管區(qū)域的管板上勾畫出來，避免穿錯位。先自上而下穿空氣室的不銹鋼管，待空氣室穿完以后，根據(jù)不銹鋼管在管板上排列方式等因素和以往穿不銹鋼管的經(jīng)驗(yàn)自上而下穿管，直到穿完。應(yīng)清潔穿管前的管板孔，進(jìn)入凝汽器內(nèi)部的穿管人員應(yīng)掏空衣袋，同時，不能穿皮鞋和帶釘?shù)男?。脹管前后切掉富余長度的管子，并打磨切口，使其平整無毛刺。管子伸出管端的長度在1/16″以內(nèi)，以保證焊接。

脹管過程中應(yīng)注意脹接順序，控制好脹管過程中端板變形量，最好是在端板上盡量對稱脹接。

2.2.5 凝汽器水室及附件安裝

分別將凝汽器前水室、后水室依次安裝好，安裝時要注意安裝的順序及水室的墊子，前后水室均為法蘭螺栓連接;低加為內(nèi)置式，橫穿凝汽器喉部;減溫減壓器安裝在凝汽器10列，分布在低加兩側(cè)。疏水?dāng)U容器Ⅰ、Ⅱ分別懸掛在凝汽器殼體的兩側(cè)。疏擴(kuò)均是散件供貨，在現(xiàn)場先將其組裝成一整體后，再與殼體連接。疏擴(kuò)組裝中應(yīng)注意內(nèi)部有合金管件，注意不要混淆，且內(nèi)部的減溫水管的噴嘴應(yīng)與座子點(diǎn)焊。再將其他附件與凝汽器連接完畢。以上工作全部完成后，即可調(diào)整凝汽器縱橫中心線和低壓缸連接。

2.2.6 喉部與汽輪機(jī)低壓缸連接

在扣蓋之前連接凝汽器與低壓缸。連接時要在低壓缸四角臺板的低壓轉(zhuǎn)子前后軸頸處布置百分表監(jiān)視臺板變形和位移，要求控制在0.1 mm以內(nèi)，變化大于0.1 mm時暫停焊接，待恢復(fù)后繼續(xù)施焊。在喉部與低壓缸焊接完成后，要對焊縫進(jìn)行著色探傷，保證其嚴(yán)密性。將凝汽器支座的墊鐵全部配制完畢，并加以點(diǎn)焊，再對支座與混凝土支墩之間進(jìn)行二次灌漿。

2.2.7 凝汽器灌水試驗(yàn)及水壓試驗(yàn)措施

凝汽器汽側(cè)及真空系統(tǒng)應(yīng)做灌水靜壓試驗(yàn)，主要是檢查管板孔與不銹鋼管口脹接、凝汽器主凝區(qū)殼體焊接縫的質(zhì)量及真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，保證應(yīng)無滲漏。灌水靜壓水位為低壓汽封洼渦下100 mm，且維持此高度至少要達(dá)到24小時，水源為消防水或工業(yè)用水。灌水前應(yīng)清理凝汽器內(nèi)部的雜物，灌水試驗(yàn)前應(yīng)注意檢查臨時支座和支撐安裝正確。灌水過程中如發(fā)現(xiàn)漏水應(yīng)堵住，全部檢查完畢后，重新?lián)Q管子，重作灌水試驗(yàn)，直至無滲漏為止。應(yīng)保證各焊縫、接口、脹口均無任何泄漏和滲漏現(xiàn)象。

凝汽器水側(cè)應(yīng)作水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.45 Mpa。試驗(yàn)的壓力表應(yīng)裝在進(jìn)出口水室的底部。各焊縫、接口、法蘭、人孔等應(yīng)無泄漏、滲水現(xiàn)象，水室無變形現(xiàn)象。注意，水壓試驗(yàn)與凝汽器灌水試驗(yàn)不能同時進(jìn)行。水壓試驗(yàn)合格后，再對水室和汽室進(jìn)行相應(yīng)的防腐處理。凝汽器的組合安裝工作全部完成。

3 結(jié)語

綜上所述，凝汽器廠內(nèi)組合安裝方案的可行性是無可置疑的，其優(yōu)越性也是傳統(tǒng)廠外組合方案不具備的，可以廣泛推廣的。通過實(shí)施以上一系列得力措施，在凝汽器廠具備使用條件后馬上工作，在很大程度上保證了各里程碑節(jié)點(diǎn)的順利實(shí)現(xiàn)。因此，要以工程全局為出發(fā)點(diǎn)，因地制宜、因時制宜選擇最有利于工程開展的施工方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷平飛，趙澤有.汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器安裝施工技術(shù)[J].安裝，2020（7）：37-39.

[2] 陳強(qiáng).淺析汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的安裝施工工藝[J].建材與裝飾，2016（1）：210-211.

[3] 陳佳.凝汽器殼體焊接工藝研究[D].青島：中國石油大學(xué)（華東），2018.

[4] 趙立業(yè).汽輪機(jī)及輔助設(shè)備安裝的要點(diǎn)探究[J].黑龍江科技信息，2015（28）：61.

[5] 朱克濤.火力發(fā)電廠汽機(jī)凝汽器安裝技術(shù)探討[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011（19）：95-97.

作者簡介：曾才喜（1981—），男，湖南湘潭人，本科，工程師。297BAD79-41DB-48B2-BC4C-8BE0C80FF675